因全球氣候變暖，全球開(kāi)始向低碳化轉(zhuǎn)型。儲(chǔ)能作為低碳過(guò)程中不可或缺的一環(huán)，近兩年來(lái)發(fā)展飛速。目前主要的儲(chǔ)能電池是鋰離子電池，但由于鋰電池原材料價(jià)格逐漸離譜，資本將目光轉(zhuǎn)向了性質(zhì)優(yōu)良的液流電池。

釩電池發(fā)展歷程

液流電池有非常豐富的發(fā)展歷程，最早是美國(guó)NASA在1973年開(kāi)始研究，當(dāng)時(shí)的研究體系主要是Fe(3+)/Cr(2+)電對(duì)；

1976年，研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)釩可以作為液流電池的活性物質(zhì)；1988年，學(xué)者們?cè)诶碚撋献C明了釩電池的可行性，次年，全釩離子氧化還原液流電池正式問(wèn)世，并獲得專(zhuān)利。

隨著研究學(xué)者的不斷深入研究，有關(guān)釩電池電極、電解液、隔膜等的文章層出不窮。釩電池優(yōu)勢(shì)及缺點(diǎn)逐漸被人們所認(rèn)知。

釩電池相較于其他儲(chǔ)能電池有以下優(yōu)點(diǎn)。首先是電池容量與輸出功率相對(duì)獨(dú)立，電池容量只取決于電解液濃度與電解液的多少，輸出功率則取決于電堆的大小；

其次釩電池充放電只有釩離子價(jià)態(tài)的變換，可實(shí)現(xiàn)深度放電；同時(shí)只有一種離子發(fā)生反應(yīng)，無(wú)其他干擾，理論壽命是無(wú)限的；

當(dāng)釩電池系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，電池?zé)o自放電現(xiàn)象，響應(yīng)速度快，可實(shí)現(xiàn)瞬間充電，且無(wú)安全隱患；最后是電池的回收處理相較于其他電池更簡(jiǎn)單方便，對(duì)環(huán)境無(wú)危害。

缺點(diǎn)也很明顯，釩電池目前能量密度低，僅能達(dá)到40Wh/kg，與一線(xiàn)鋰離子電池相差十倍不止；釩電池成本相較于鐵鋅等其他液流電池來(lái)說(shuō)要高很多，且占地面積大，工作溫度區(qū)間狹窄，限制了釩電池的應(yīng)用領(lǐng)域。

釩電池原理及材料

釩電池主要由電解液、電極、選擇性質(zhì)子交換膜、雙極板和集流體組成。

其中又以電解液所占成本比例最高，能達(dá)到50%。正負(fù)極電解液的主要成分是不同價(jià)態(tài)的釩離子硫酸溶液，在工業(yè)領(lǐng)域，電解液最關(guān)鍵的原料為五氧化二釩，而五氧化二釩的來(lái)源，目前國(guó)內(nèi)主流是從釩鈦磁鐵礦煉鋼過(guò)程中產(chǎn)生的釩渣中提取五氧化二釩。

目前釩電解液制備方法主要有三種：物理溶解法、化學(xué)還原法、電解法。

其中物理溶解法是采取硫酸直接溶解高濃度的硫酸氧釩固體值得；

化學(xué)還原法則是采用單質(zhì)硫、亞硫酸等還原劑在一定條件下將五價(jià)釩還原成四價(jià)或三價(jià)釩；

電解法是目前主流的制備方法，以五氧化二釩為原料，在硫酸中制得，運(yùn)行溫度一般為零下5℃至50℃。

此外，在電解液中加入一些添加劑也會(huì)影響電解液性能。如加入甲磺酸、甘油、正丙醇等添加劑均可提升電解液能量效率或能量密度。

在電極領(lǐng)域，釩電池電極主要有碳素類(lèi)電極、金屬類(lèi)電極與復(fù)合電極。其中碳素電極具有穩(wěn)定性強(qiáng)、耐腐蝕、導(dǎo)電性好、成本低等特點(diǎn)，但電化學(xué)活性差，有待進(jìn)一步改進(jìn)。

金屬類(lèi)電極具有導(dǎo)電性好、機(jī)械性能高、電化學(xué)活性較高等優(yōu)點(diǎn)，但放電過(guò)程中易形成鈍化膜，嚴(yán)重影響反應(yīng)。

復(fù)合電極一般為高分子聚合物與碳素類(lèi)材料混合加工成型制得，具有內(nèi)阻低、電化學(xué)穩(wěn)定性好、電導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn)。

在隔膜方面，目前應(yīng)用最廣泛的陽(yáng)離子交換膜為Nafion膜，該膜電壓效率高達(dá)90%以上，導(dǎo)電率好，增大膜厚度，能有效提高電池效率，但成本會(huì)增加。

陰離子交換膜在釩電池中通過(guò)膜內(nèi)電解陰離子和電解中的硫酸根離子等陰離子交，完成載流子的傳輸。

此外，兩性離子交換膜是目前的研究熱點(diǎn)之一，其具有陽(yáng)、陰離子交換膜的特點(diǎn)。

政策及上下游動(dòng)作

近年來(lái)，我國(guó)出臺(tái)了多項(xiàng)釩電池相關(guān)的政策及標(biāo)準(zhǔn)，2018年，國(guó)家能源據(jù)發(fā)布《全釩液流電池維護(hù)要求》及《全釩液流電池 安裝技術(shù)規(guī)范》；

2019年，國(guó)家能源局發(fā)布《全釩液流電池儲(chǔ)能電站安全衛(wèi)士技術(shù)規(guī)則（征求意見(jiàn)稿）》；

2021年，國(guó)能源局與發(fā)改委發(fā)布《加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，《意見(jiàn)》中指出堅(jiān)持儲(chǔ)能技術(shù)多元化，實(shí)現(xiàn)液流電池等長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)入商業(yè)化發(fā)展初期；到2025年，由商業(yè)化初期向規(guī)模化發(fā)展轉(zhuǎn)變。

讓資本最為關(guān)注的一條政策是今年6月發(fā)布的《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求（征求意見(jiàn)稿）》，規(guī)定大型儲(chǔ)能電站中不得使用三元鋰電池及鈉硫電池。這條政策一出，市場(chǎng)反響強(qiáng)烈，7月，釩電池相關(guān)概念股集體大漲。

釩電池產(chǎn)業(yè)鏈目前可以上游五氧化二釩的原料生產(chǎn)，中游各部件的配套、下游整裝生產(chǎn)三大環(huán)節(jié)。

上游原材料相關(guān)企業(yè)包含釩鈦股份、河鋼股份、川威集團(tuán)、龍佰集團(tuán)、中核鈦白等。

中游電解液生產(chǎn)相關(guān)企業(yè)包含大連融科、湖南銀峰、河鋼股份等；電堆目前由釩電池生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部供應(yīng)；隔膜相關(guān)企業(yè)包含科慕、東岳集團(tuán)、蘇州科潤(rùn)等；電極企業(yè)包括遼寧金谷、納斯新材料、甘肅富萊等。

下游整裝生產(chǎn)企業(yè)包含大連融科、北京普能、偉力得、國(guó)網(wǎng)英大等。目前上下游企業(yè)基本已經(jīng)完成綁定，釩鈦股份與大連融科達(dá)成合作，河鋼股份與北京普能達(dá)成合作，中核鈦白與偉力得達(dá)成合作。

目前已建成投產(chǎn)的項(xiàng)目有：

2012年，融科儲(chǔ)能與國(guó)電龍?jiān)春献鹘ǔ傻呐P牛石風(fēng)電場(chǎng)5MW/10MWh全釩液流電池儲(chǔ)能示范電站，目前已運(yùn)行10年。

2021年3月，北京普能與湖北高新區(qū)管委會(huì)簽訂“年產(chǎn)50兆瓦釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)”協(xié)議；

2021年6月，寧夏偉力得GW級(jí)全釩液流電池正式投用；

今年9月，永泰能源與海德股份合伙成立德泰儲(chǔ)能公司，目前該公司與永泰能源所屬火電廠合作建設(shè)30MWh全釩液流電池儲(chǔ)能輔助調(diào)頻項(xiàng)目也已經(jīng)落地。

今年10月中旬，全球功率最大、容量最大的液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站——大連液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站投用，該電站股東之一為大連融科。

未來(lái)展望

國(guó)家政策在推進(jìn)新能源行業(yè)發(fā)展，鼓勵(lì)發(fā)展全釩液流電池，同時(shí)我國(guó)釩資源非常豐富，儲(chǔ)量排世界第一，且釩電池因其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用至風(fēng)電光伏、電網(wǎng)調(diào)峰、應(yīng)急電源、軍用蓄電等諸多領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展前景。

但目前釩電池產(chǎn)業(yè)屬于剛剛興起的階段，雖然已擁有完整的產(chǎn)業(yè)鏈，還存在市場(chǎng)規(guī)模小、認(rèn)知度低、產(chǎn)能不足等諸多問(wèn)題待解決。

目前研究方向主要有：開(kāi)發(fā)高穩(wěn)定性、高濃度的電解質(zhì)；開(kāi)發(fā)高離子選擇性、低成本的隔膜；開(kāi)發(fā)高導(dǎo)電性、高電化學(xué)活性的電極材料；進(jìn)一步優(yōu)化電堆設(shè)計(jì)，提高能量效率；進(jìn)一步研發(fā)低成本、高穩(wěn)定性的集成及智能控制技術(shù)等。

據(jù)EVTank數(shù)據(jù)，2021年我國(guó)釩電池新增裝機(jī)量0.13GW，預(yù)計(jì)2022年新增裝機(jī)量達(dá)到0.6GW，到2025年，釩電池新增裝機(jī)規(guī)模有望達(dá)到2.3GW以上。

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